[发明专利]一种片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法与作为锂离子电池正极材料的应用

说明书

本发明公开了一种片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法与作为锂离子电池正极材料的应用。该方法包括以下步骤：先用hummer法将天然鳞片石墨制备成氧化石墨，搅拌并超声分散，得到稳定的氧化石墨烯悬浮液。然后以氧化石墨烯悬浮液为基材，以吡咯单体为原料，采用氧化聚合法可以得到片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物。本发明所得的片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物用作锂离子电池正极材料时拥有优异的电化学性能，在100mAg^‑1的电流密度下循环1300圈，仍能保持198mAh g^‑1的高容量，并且在1600mA g^‑1的大电流密度下循环200圈，可逆容量仍然能够达到128 mAh g^‑1。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物及其制备方法与作为锂离子电池正极材料的应用。

背景技术

锂离子电池以高能量密度、高比容量、无记忆效应及对环境友好等优点被认为是理想的能量储存和转换装置。现今，由于电动汽车、便携式电子设备和智能电网的普及，对锂离子电池的能量密度和循环寿命需求不断提升。正极材料的选择和应用深刻影响锂离子电池的性能、使用寿命和使用成本，因此如何提升锂离子电池正极材料的性能引起了广泛的关注。设计、合成具有高容量、良好的倍率性能、长循环寿命和廉价的锂离子电池正极材料是锂离子电池重要的发展方向之一。

使用高分子聚合物替代传统锂离子电池使用的无机锂盐作正极，使锂离子电池的研究进入了全新的发展阶段。相比于传统的锂离子电池，聚合物作为正极材料的锂离子电池具有更高的能量密度、更安全和环保等优点，成为了锂离子电池研究的热点之一。

导电聚合物是人工合成的一类导电性介于半导体和金属之间或甚至导电性可与金属媲美的高分子聚合物。导电聚合物聚吡咯因具有电导率高、防腐蚀性能强、空气稳定性良好、环境友好、无毒性、比重轻、易于合成、可逆的氧化还原性等特点，在电子工业、化学仪器、电化学传感器、导电材料、光学器件等领域具有广阔的应用前景，受到研究者的广泛关注，尤其是作为锂离子电池正极材料备受青睐。张爱勤，王力臻等(电池，2008年，第2期，第48-50页)以化学氧化聚合的聚吡咯为锂离子电池正极，首次放电比容量达97.9mAh g^-1，经25次循环后降为76.5mAh g^-1。由于聚吡咯其处于还原态时导电性急剧下降，且自身理论比容量不高，因此，目前的研究重点仍放在聚吡咯复合材料的制备和应用上。

氧化石墨，由于其良好的稳定性、较大的比表面积、环境友好，可用于太阳能电池、锂离子电池和电容器领域。氧化石墨层上含有大量的羟基、羧基、环氧基和羰基，这些含氧官能团能与锂在较高电势下发生氧化还原反应。但由于其不可逆含氧官能团较多，导致氧化石墨作为锂离子电池正极材料时前期容量衰减较快，可逆容量不高。张震，颜春苗等(中国专利CN106938845A)通过改良后的hummer法制备了氧化石墨，并将其为锂离子电池正极材料，在100mA g^-1的电流密度下，首次放电比容量为332mAh g^-1。在800个循环后，比容量为135mAh g^-1。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明首要目的是提供一种高性能的片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物。

本发明另一目的是提供上述片状聚吡咯/部分还原氧化石墨烯复合材料的低成本、高效率、可大规模制备的方法。

本发明再一目的是提供上述片状聚吡咯/部分还原氧化石墨烯复合材料作为锂离子电池正极材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种片状聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨和水配制成氧化石墨的稀溶液，然后搅拌并超声分散，得到稳定的氧化石墨烯悬浮液；